[IT News] 스웨덴 카롤린스카 연구소 노벨위원회는 5일 빛을 이용해 특정 신경세포의 활동을 조절하는 ‘광유전학(Optogenetics)’ 연구를 이끈 카를 다이세로스, 페터 헤게만, 게오르크 나겔에게 2026년 노벨 생리의학상을 수여한다고 발표했다.
수상 이유는 ‘빛으로 열리고 닫히는 이온 채널(Ion Channel)과 광유전학에 관한 발견’이며, 상금 1200만 스웨덴 크로나는 세 사람이 균등하게 나눠 갖는다.
녹조류에서 시작된 발견
광유전학 연구의 출발점은 물속에 사는 단세포 녹조류(Green Algae) 클라미도모나스(Chlamydomonas)였다. 클라미도모나스는 빛을 감지해 광원을 향해 움직이는 성질을 지니고 있다.
헤게만과 나겔은 2000년대 초 클라미도모나스의 빛 감지 기능을 연구하면서 ‘채널로돕신(Channelrhodopsin)’이라는 단백질을 밝혀냈다. 채널로돕신은 세포막(Cell Membrane)에 존재하며, 청색광을 받으면 열려 이온을 세포 안으로 통과시킨다. 이 과정에서 세포의 전기적 상태가 바뀐다.
연구진은 채널로돕신 유전자를 다른 세포에 넣으면 그 세포도 빛에 반응한다는 사실을 확인했다. 이 발견은 단순한 광수용체(Photoreceptor) 연구를 넘어, 신경세포를 빛으로 조절하는 기술로 발전했다.
신경세포를 켜고 끄다
다이세로스는 채널로돕신을 신경과학(Neuroscience)에 적용했다. 그는 채널로돕신 유전자를 쥐의 신경세포에 도입하고, 2005년 청색광을 비춰 신경세포에서 전기신호를 발생시키는 데 성공했다.
이후 연구진은 살아 있는 생쥐의 뇌 속 신경세포도 빛으로 조절할 수 있다는 사실을 입증했다. 광섬유(Optical Fiber)와 소형 광원을 이용하면 움직이고 있는 동물의 뇌 속 특정 신경회로(Neural Circuit)에 빛을 전달할 수 있다.
현재는 신경세포를 활성화하는 단백질뿐만 아니라 신경세포의 활동을 억제하는 단백질과 여러 색의 빛에 반응하는 단백질도 개발돼 있다.
뇌 활동의 인과관계 규명
기존 뇌 연구에서는 특정 행동을 할 때 어느 뇌 영역이나 신경세포가 활동하는지를 관찰할 수는 있었다. 하지만 그 활동이 실제로 행동을 일으킨 원인인지, 행동에 따라 나타난 결과인지는 확인하기 어려웠다.
광유전학을 이용하면 특정 신경세포를 의도적으로 활성화한 뒤 동물의 행동 변화를 관찰할 수 있다. 반대로 해당 신경세포의 활동을 억제해 행동이 사라지거나 달라지는지도 비교할 수 있다.
이 때문에 광유전학은 뇌 활동과 행동 사이의 단순한 상관관계(Correlation)를 넘어, 특정 신경회로가 행동을 일으키는 인과관계(Causality)를 연구하는 핵심 도구가 됐다.
기억과 정신질환 연구에 활용
광유전학은 기억이 어떻게 저장되는지, 수면과 각성(Arousal)이 어떻게 조절되는지, 공포와 보상(Reward) 같은 감정에 어떤 신경회로가 관여하는지 알아내는 데 활용되고 있다.
우울증(Depression), 조현병(Schizophrenia), 파킨슨병(Parkinson's Disease), 알츠하이머병(Alzheimer's Disease), 중독(Addiction)과 관련된 신경회로를 분석하는 연구에도 쓰인다. 연구진은 질환과 관련된 특정 신경회로를 찾아내면 향후 더욱 정밀한 치료법을 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
시각 회복 치료 가능성
의료 분야에서는 망막색소변성증(Retinitis Pigmentosa) 치료에 대한 응용 가능성이 주목받고 있다. 망막색소변성증은 빛을 감지하는 망막(Retina) 세포가 점차 손상되는 질환이다.
광유전학을 활용하면 남아 있는 망막세포에 빛에 반응하는 단백질을 만들도록 해 시각 기능을 일부 회복시키는 연구가 가능하다. 다만 현재 광유전학은 주로 기초연구와 임상연구(Clinical Research) 단계에 있으며, 다양한 신경질환을 일반적으로 치료하는 확립된 의료기술은 아니다.
뇌과학의 연구 방식 바꿔
광유전학은 단세포 녹조류의 빛 감지 단백질을 활용해 특정 신경세포를 정밀하게 조작하는 기술로 발전했다. 이를 통해 과학자들은 뇌의 활동을 단순히 관찰하는 데서 나아가, 특정 신경회로를 직접 조작하고 그 결과를 확인할 수 있게 됐다.
이번 노벨상 수상은 광유전학이 기억과 감정, 행동의 작동 원리를 밝히는 핵심 연구기술로 자리 잡았으며, 향후 신경질환 치료법 개발에도 중요한 기반을 제공할 수 있다는 점을 인정받은 결과로 평가된다.
김한비 기자 itnews@
